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Estudio de la viabilidad del uso del Salix humboldtiana para humedales construidos de cero descarga para tratamiento de Aguas Residuales en la Sabana de Bogotá.
GRUPO DE INVESTIGACIÓN CIENCIA E INGENIERÍA DEL AGUA Y EL AMBIENTE
PONTIFICA UNIVERSIDAD JAVERIANA
FREDY MORENO, JAIME A LARA BORRERO
Problema.
VIVIENDA DESCONECTADA DE LA RED DE ALCANTARILLADO OFICIAL EN LA SABANA DE BOGOTA.
VIVIENDAS QUE DESCARGAN SUS AGUAS RESIDUALES A FUENTES HÍDRICAS CERCANAS. (EMBALSE DEL SAN RAFAEL LA CALERA).
Humedales Zero Descarga HCD
Hans Brix, Carlos A Arias 2011
Aplicaciones de los HCD (I) Zonas con poca permeabilidad
(II) Cuando los estándares de nutrientes del efluente son muy estrictos, que puedan hacer el tratamiento muy costoso
(III) En casos donde se evidencie una amenaza grave a sistemas ambientales sensibles.
(IV) Uso ornamental de la vegetación empleada, especialmente para el tratamiento en lugares donde se requiera un escenario agradable como parte del diseño.
Caso de estudio Salix humboldtiana
La especie más representativa del Sauce en Colombia es la Salix humboldtiana
Originaria de américa central
Especie emblematica de la Sabana de Bogotá.
Se desarrolla entre 300 y 2800 msnm.
Soporta precipitaciones entre 600 y 3000 mm anuales
Altura promedio de la planta 20m.
Tiempo de vida aproximado 60 años.
(Infante-Betancour and Jara-Muñoz, n.d.). Salix humboldtiana
http://www.smartchoiceco.com/es/plant-catalog/palmas-%26-arboles_134.html
Llenado de Lisímetros
(75 mm) de Grava,
granulometría 20-30
mm
(440 mm) de arena
fina, granulometría
0,30-0.50 mm
(460 mm) de tierra
negra de vivero,
compuesta en más
del 14% de materia
orgánica.
(Curneen y Gill 2014)
Siembra
El Sauce es una especie de fácil desarrollo de raíz se debe reproducir cortando una pequeña rama de un árbol padre, entre 20 y 30 cm de largo y dejar en agua mientras desarrolla las raíces.
Por cuestión de tiempo para este ejercicio las plantas se obtuvieron de un vivero, se sembraron el 02/04/2015, pero el seguimiento se inició hasta la última semana de abril, ya que se presentaron problemas de filtración en algunos lisímetros las cuales requirieron un tiempo para su reparación.
Seguimiento y Control.
Configuración de Lisímetros. 3 lisímetros 6meses AN
3 lisímetros 6meses AR
3 lisímetros 12meses AR 3 lisímetros 12meses AN
Riego de los Lisímetros
Durante 25 semanas los Lisímetros se irrigaron cada 7 días.
Los lisímetros (AN) se irrigaron con agua enriquecida con nutrientes o fertilizante de origen orgánico a base de Nitrógeno (N), Fosforo (P) y Potasio (K), obtenido en vivero.
El agua residual se obtuvo de viviendas cercanas que descargan sus AR a un pozo séptico.
Medición y Control
El valor de la ET se halló con la diferencia de
Nivel en la mirilla de los lisímetros (LML) más
la precipitación.
ET= LML *(fc) + P
Comparación ET Lisímetros AR, AN.
-40,0
-20,0
0,0
20,0
40,0
60,0
80,0
100,0
SEM1
SEM2
SEM3
SEM4
SEM5
SEM6
SEM7
SEM8
SEM9
SEM10
SEM11
SEM12
SEM13
SEM14
SEM15
SEM16
SEM17
SEM18
SEM19
SEM20
SEM21
SEM22
SEM23
SEM24
SEM25
ET GL1 AR ET GL2 AR ET GL3 AN ET GL 4 AN
mm
Valor promedio por grupo de Lisímetros
El mayor consumo se presento en el Grupo de Lisímetros sembrados a 12 meses regados con Agua con Nutrientes, seguidos por el grupo de la misma edad regados con Agua Residual.
9,7
15,7
12,7
9,3
24,8
17,0
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
ET GL1 AR ET GL2 AR Promedio AR ET GL3 AN ET GL 4 AN Promedio AN
mm
COMPARATIVO AR-AN
Resistencia del Salix humboldtiana a las sales disueltas del agua residual doméstica.
Grupo de lisímetros regados con aguas residuales, la fuente de
suministro era variable y las condiciones cambiaban cada semana.
El Salix Humboldtiana soporto estas condiciones, al final no se
presento acumulación de sales en los lisímetros.
Crecimiento Promedio de las plantas de acuerdo al grupo de Lisímetros
Promedio del crecimiento de las ramas, por grupo de lisímetros, durante el periodo analizado, a partir del tamaño en el momento de la Siembra
42,6
56,6
48,6
75,4
0
10
20
30
40
50
60
70
80
AR 24-48 AR 48-73 AN 24-48 AN 48-73
cm
ET Reportada. Para nuestro caso el valor final de ET para el grupo regado con AR es de 12,7 mm/semana; 662 mm/año y con AN 884 mm/año.
S. J. Curneen y Gill (2014a), reportaron valores entre 600 y 1200 mm de ET año en la etapa de desarrollo de las plantas. proyecto desarrollado en tres años, en ocho casas de la ciudad de Irlanda, analizaron cuatro especies de Sauces, para ver cuál de ellas tiene un mejor desempeño para humedales a gran escala.
P Gregersen & Brix (2001), reporta ET de 1000 mm en el primer año.
Brix (2006), reporta ET del orden de 1500 mm año.
Otros experimentos realizados para dos años consecutivos con sauces, muestran evapotranspiraciones anuales de 620 a 890 mm/año sin fertilización y 1190 a 1790 mm/año con fertilización (Guidi, Piccioni, and Bonari 2008).
Aproximación calculo Área y Diseño HCD
En Białowiec, Wojnowska-Baryła, and Agopsowicz (2007), sembraron esquejes con una densidad de 9 plantas m².
Gregersen, P., & Brix, H. (2001), sembraron con una densidad de 5 plantas m² y en O’Hogain and McCarton (2010) se planto cada 25 cm, es decir 4 por m²
Dado que el área del lisímetro es de 0,28 m² asumiremos una densidad de siembra de 4 plantas por m².
(Hans Brix, Carlos A Arias 2011)
Promedio de lluvias
Según IDEAM el promedio de la precipitación Anual en un periodo de retorno de 20 años en Bogotá es de 731 mm/Año.
El valor mas alto anual registrado se presento en el 2010, 1049,8 litros
Calculo, P Gregersen y Hans Brix (2001).
4 plantas/m² 9 plantas/m²
ET por m² sembrado con Sauces 2649 l/año/m² 5960 l/año/m²
Valor Promedio de lluvia últimos 20 años 731 l/año 731 l/año
Capacidad neta de ET m² 1918 l/año/m² 5229l/año/m²
Consumo Anual de una persona (120l/hab/dia)
43800 l/año 43800 l/año
Área por habitante 23 m² 8,4 m²
Una familia de 5 personas 115 m² 42 m²
Áreas típicas y Diseño en Dinamarca
Según Gregersen y Hans Brix (2001). En Dinamarca las áreas de superficie de los sistemas varían entre 150 y 500 m², para una familia simple de 5 personas, HansBrix y Carlos Arias (2001), hablan de áreas entre 120 y 300 m² dependiendo del numero de personas conectadas.
(Peder Gregersen, Gabriel, Brix, & Faldager, 2003 a,b)
Conclusiones
Comparando la Evapotranspiración de la especie alimentada con agua residual, la cantidad de agua lluvia en la Sabana de Bogotá al año y las posibles descargas a que se vería sometido, se puede concluir que es viable la construcción de sistemas evapotranspirativos con sauces de la especie Salix humboldtiana.
El espacio requerido en una primera aproximación con los datos obtenidos para la construcción de un humedal de cero descargas en la sabana de Bogotá para una unidad habitacional simple de cinco personas, es de 115 m², y se requiere de un área libre de 8 m de ancho por 15 m de largo y una profundidad de 1,5 metros.
La evapotranspiración promedio de la especie si es alimentada con Aguas residuales en un periodo de 6 meses (en su primera etapa de desarrollo) por individuo es de 12,7 mm por semana (662 mm/año),
El crecimiento y aspecto físico de los individuos alimentados con agua residual comparado con aquellos a los que se les suministro la dosis ideal de nutrientes, no presentan diferencia significativa lo que indica que la especie Salix humboldtiana asimilo muy bien las sales de las aguas residuales.
Aun manteniendo en contacto permanente la raíz del Salix humboldtiana con el agua esta condición no afecto el desarrollo de las raíces, lo que confirma sus condiciones como vegetación de ribera y apta para humedales.
Este seguimiento de 6 meses reporta un valor inicial pero la demanda de agua de los lisímetros continua en aumento lo cual quiere decir que se requiere de un tiempo más prolongado de seguimiento.
Perspectivas
Se hace muy importante, realizar investigaciones más profundas, que permitan determinar los valores de ET para cada piso térmico en Colombia.
Desde el punto de vista económico es importante evaluar el costo en materiales y construcción del HDC.
Se necesita mayor investigación sobre la capacidad de asimilación de Metales Pesados de la especie Salix humboldtiana así como posibles usos de la biomasa producida por el sistema.
Finalmente se debería estudiar la posibilidad de diseñar una zonificación en la cual se establezcan las tasas de evapotranspiración, que permita, como se hace en Dinamarca, realizar un diseño estandarizado de las dimensiones de los humedales.
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